Σεμινάριο Ηλεκτρονικών Πρακτικές εφαρμογές με μικροελεγκτή

Transcript

1 Σεμινάριο Ηλεκτρονικών Πρακτικές εφαρμογές με μικροελεγκτή 1.Έλεγχος θερμοκρασίας (I. Μαλτέζος) Μέτρηση θερμοκρασίας και on-off έλεγχος ανεμιστήρα με το λογισμικό LabView σε σειριακή επικοινωνία με το Arduino Uno....Σελ 2 2.Έλεγχος DC κινητήρα (I.Κουβαράκης) Έλεγχος ταχύτητας και κατεύθυνσης ενός κινητήρα DC χρησιμοποιώντας ένα Arduino και τα L293D motor driver chip και Arduino Motor Shield R3...Σελ 7 3.Μετρητής απόστασης με απεικόνιση της ένδειξης σε display (X. Δερμάτης) Απεικόνιση χαρακτήρων σε display LCD και ενδείξεις από μετρητή απόστασης ( distance sensor )... Σελ 23 4.Πινακίδα οπτικών εφφέ (N.Λεοντσίνης) Χρήση του Arduino για τον έλεγχο λειτουργίας πινακίδας LED...Σελ 26 5.Έλεγχος κινητήρα servo -Ρομποτικός Βραχίονας (Π. Πούτος) Έλεγχος κινητήρα servo (π.χ ενός ρομποτικού βραχίονα) χρησιμοποιώντας το λογισμικό LabView σε σειριακή επικοινωνία με το Arduino Uno... Σελ Έλεγχος LED Matrix με Arduino (Π. Μπαλούρδος) Χρήση του αναπτυξιακού συστήματος Arduino Uno για τον έλεγχο ενός LED Matrix 6X6...Σελ 50 7.Ανίχνευση κίνησης με PIR sensor (Α. Μαρμαρινός) Συναγερμός με τον Arduino...Σελ 56 8.Αυτοματισμός με LDR (Χ. Τουμασάτος) Αυτοματισμός για έλεγχο ανάμματος LED (ή οποιουδήποτε στοιχείου φωτισμού) σε σχέση με τον περιβάλλοντα φωτισμό, με μεταβλητό-ρυθμιζόμενο σημείο έναυσης (threshold) και ταυτόχρονη απεικόνιση των πληροφοριών σε LCD Display...Σελ 58 9.Αναπαραγωγή μελωδίας (Ι. Μπάκας) Δημιουργία μουσικών τόνων με τον Arduino...Σελ 61

2 1 η Εφαρμογή: Έλεγχος θερμοκρασίας Μέτρηση θερμοκρασίας και on-off έλεγχος ανεμιστήρα με το λογισμικό LabView σε σειριακή επικοινωνία με το Arduino Uno. I. Μαλτέζος Υλικά Τα υλικά που χρειάστηκαν για αυτή την εφαρμογή, είναι: -Ένα Arduino Uno -Ένα Led -Ένα μικρό ανεμιστηράκι -USB καλώδιο -Το λογισμικό Labview 7.0 Συνδεσμολογία με το Arduino Για να συνδεθεί σωστά το κύκλωμα πρέπει να συνδεθεί το μακρύ ποδαράκι του Led στο pin13 και το κοντό ποδαράκι στη γείωση (GND). Συνήθως, οι περισσότερες πλακέτες έχουν ήδη ένα Led ενσωματωμένο. Επίσης συνδέουμε το θετικό (κόκκινο) καλώδιο του ανεμιστήρα στο pin12 και το αρνητικό (μαύρο) καλώδιο στη γείωση.

3 Πρόγραμμα // ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ float tempc; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ FLOAT (ΔΕΚΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ tempc ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ int sensorvalue; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ INTEGER (ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ sensorvalue ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ (0-1023) int temppin = 0; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ INTEGER (ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ temppin ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ 0, ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ ΕΙΣΟΔΟΥ ΤΟΥ ADC int fanpin=12; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ INTEGER (ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ fanpin ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ 12, ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΗΣ Ι/Ο ΘΥΡΑΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΟΥ ΑΝΕΝΙΣΤΗΡΑ int ledpin=13; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ INTEGER (ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ fanpin ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ 13, ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΗΣ Ι/Ο ΘΥΡΑΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΟΥ LED float thermostate=0; //ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΥΠΟΥ FLOAT (ΔΕΚΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ) ΜΕ ΟΝΟΜΑ thermostate ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΡΧΙΚΗΣ ΤΙΜΗΣ 0, ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑ // // ΑΡΧΙΚΕΣ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ void setup() //ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΑΡΧΙΚΩΝ ΡΥΘΜΙΣΕΩΝ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ { Serial.begin(9600); //ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΡΙΑΚΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΜΕ ΤΑΧΥΤΗΤΑ 9600 bits/sec analogreference(internal); //ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ ADC ΣΤΑ 1,1 VOLTS ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ.(ΜΕΙΩΣΗ ΑΠΟ ΤΑ 5 VOLTS ΣΤΑ 1,1 VOLTS ΓΙΑ ΚΑΛΥΤΕΡΗ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑ - ΑΠΟ 4,9mV ΣΕ 1mV) pinmode(fanpin, OUTPUT); //ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ PIN ME ΑΡΙΘΜΟ fanpin ΔΗΛΑΔΗ ΤΟ 13 (ΟΠΩΣ ΟΡΙΣΤΙΚΕ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΣΤΙΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ)ΣΑΝ ΕΞΟΔΟΣ. pinmode(ledpin, OUTPUT); //ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ PIN ME ΑΡΙΘΜΟ ledpin ΔΗΛΑΔΗ ΤΟ 12 (ΟΠΩΣ ΟΡΙΣΤΙΚΕ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΣΤΙΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ)ΣΑΝ ΕΞΟΔΟΣ. //

4 void loop() //ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΚΥΡΙΑΣ ΡΟΥΤΙΝΑΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ { //----ΔΙΑΒΑΣΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ----- sensorvalue = analogread(temppin); //ΔΙΑΒΑΣΜΑ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΠΟΥ ΔΙΝΕΙ ΤΟ LM35 ΑΠΟ ΤΟΝ ADC (ΚΑΝΑΛΙ ΕΙΣΟΔΟΥ 0 - PIN A0) ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ (0-1023) ΣΤΗΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗ sensorvalue tempc = sensorvalue / 9.31; // ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ ΠΟΥ ΔΙΑΒΑΣΤΗΚΕ ΜΕ ΤΟ 9.31(ΒΛ ΤΟ ΘΕΩΤΗΡΙΚΟ ΜΕΡΟΣ) ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΣΕ ΒΑΘΜΟΥΣ ΚΕΛΣΙΟΥ ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΗΣ ΤΙΜΗΣ ΣΤΗΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗ tempc // //-----ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ Serial.println(tempC); // ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΣΕΙΡΙΑΚΑ ΣΤΟΝ Η/Υ ΤΗΝ ΤΙΜΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ delay(100); // ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ 100ms (ΔΙΑΒΑΣΜΑ ΚΑΙ ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΘΕ 100ms) // //-----ΑΝΑΓΝΩΣΗ ΤΙΜΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΤΟΥ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑ ΑΠΟ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ thermostate = Serial.parseFloat(); // ΑΝΑΓΝΩΣΗ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ (ΣΕ ΜΟΡΦΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΩΝ - STRINGS) ΠΟΥ ΣΤΕΛΝΕΙ ΤΟ LABVIEW ΣΤΟ ARDUINO, ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ, ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΔΕΚΑΔΙΚΟΥΣ ΑΡΙΘΜΟΥΣ (FLOAT) KAI ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗ thermostat // // (ON-OFF ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑ ΚΑΙ LED) if (tempc < thermostate ) { // ΕΑΝ Η ΤΙΜΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΤΙΜΗ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΣΤΆΤΗ (ΑΥΤΗ ΠΟΥ ΟΡΙΖΕΤΑΙ ΣΤΟ LABVIEW) TOTE: digitalwrite (fanpin, LOW); // ΒΓΑΛΕ ΛΟΓΙΚΟ ΜΗΔΕΝ ΣΤΟ PIN 12, ΔΗΛΑΔΗ ΔΕΝ ΕΧΟΥΜΕ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑ digitalwrite (ledpin, LOW); // ΒΓΑΛΕ ΛΟΓΙΚΟ ΜΗΔΕΝ ΣΤΟ PIN 13, ΔΗΛΑΔΗ ΔΕΝ ΕΧΟΥΜΕ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ LED else //ΑΛΛΙΩΣ: { digitalwrite (fanpin, HIGH); //ΒΓΑΛΕ ΛΟΓΙΚΟ ΕΝΑ ΣΤΟ PIN 12, ΔΗΛΑΔΗ ΕΧΟΥΜΕ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΑ digitalwrite (ledpin, HIGH); //ΒΓΑΛΕ ΛΟΓΙΚΟ ΕΝΑ ΣΤΟ PIN 13, ΔΗΛΑΔΗ ΕΧΟΥΜΕ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ LED //

5 Το πρόγραμμα στο Labview To Front Panel To block Diagram

6 Σχόλια-Ανάλυση του κώδικα Αρχικά, ορίζουμε τις μεταβλητές του προγράμματος, όπου αν έχουμε δεκαδικές τιμές τις ορίζουμε σαν τύπος float, π.χ. η tempc για την απόδοση των τιμών της θερμοκρασίας. Στις αρχικές ρυθμίσεις του μικροελεγκτή ορίζουμε την ταχύτητα της σειριακής επικοινωνίας, την τάση αναφοράς του ADC χρησιμοποιώντας μία εσωτερική τιμή τάσης αναφοράς 1.1 volts που διαθέτει ο Atmega328(αφού από το αισθητήριο δεν θα πάρουμε τάση μεγαλύτερης τιμής), και ορίζουμε επίσης τα pins12,13 σαν εξόδους. Στην κύρια ρουτίνα του προγράμματος διαβάζουμε την τάση του αισθητηρίου με τον ADC και το αποτέλεσμα του διαιρούμε με 9.31 για να το μετατρέψουμε σε βαθμούς Κελσίου, έχοντας υπόψη μας τον ακόλουθο συλλογισμό: Ορίζουμε τάση αναφοράς για τον ADC τα 1.1 volts. Ο ADC είναι 10 bits άρα έχουμε 2^10=1024 στάθμες με (1.1 / 1024)=1.0742mV διακριτική ικανότητα του ADC. Από το LM35 έχουμε 10mV ανά 1 βαθμό Κελσίου. Έτσι κάθε αλλαγή στην στάθμη του ADC (1.0742mV) αντιστοιχεί σε ( mv / 10 mv)= =(1 / 9.31) βαθμούς Κελσίου. Στην συνέχεια στέλνουμε την τιμή της θερμοκρασίας στον Η/Υ, από όπου και διαβάζουμε ακόλουθα, την τιμή της θερμοκρασίας ενεργοποίησης του ανεμιστήρα. Τέλος ακολουθεί το τμήμα ON-OFF ελέγχου του ανεμιστήρα. Λίγα λόγια για το πρόγραμμα στο Labview Με το VISA Read διαβάζουμε τα δεδομένα σε μορφή χαρακτήρων που στέλνει ο Arduino, όπου με το Fract/Exp String To Number τα μετατρέπουμε σε μορφή αριθμών για να τα απεικονίσουμε με το θερμόμετρο και να τα συγκρίνουμε με τα αριθμητικά δεδομένα που δημιουργεί ο ρυθμιστής θερμοκρασίας για το άναμα του Led στο Labview και την αλλαγή της εικόνας του ανεμιστήρα. Τα αριθμητικά αυτά δεδομένα του ρυθμιστή θερμοκρασίας με το Number To Decimal String τα μετατρέπουμε σε μορφή χαρακτήρων όπου με το Concatenate Strings τους προσθέτουμε τον χαρακτήρα enter (Τον χρειάζεται η συνάρτηση Serial.parseFloat()του Arduino για να ανιχνεύει το τέλος της μετάδοσης μίας τιμής) και τα στέλνουμε στον Arduino με το VISA Write.

7 2 η Εφαρμογή: Έλεγχος DC κινητήρα Γιάννης Κουβαράκης Έλεγχος DC Κινητήρα με Arduino και το ολοκληρωμένο 293D Created by Simon Monk Επιμέλεια Γιάννης Κουβαράκης Απρίλιος 2014 Adafruit Industries

8 Πνευματικά δικαιώματα: Πηγή για την εφαρμογή και την συγγραφή του φύλλου έργου που κρατάτε στα χέρια σας είναι η ιστοσελίδα της adafruit intustries: και δημιουργός του άρθρου ο Simon Monk Adafruit Industries 150 VARICK ST NEW YORK, NY Fax: (917) Adafruit Industries

9 Εισαγωγή Σε αυτή την εφαρμογή, θα μάθουμε πως να ελέγχουμε την φορά περιστροφής και την ταχύτητα ενός μικρού DC κινητήρα χρησιμοποιώντας ένα Arduino και το L293D motor driver chip. Στην εφαρμογή μας χρησιμοποιούμε ένα ποτενσιόμετρο για την ρύθμιση των στροφών και ένα push button για τον έλεγχο της φοράς περιστροφής του κινητήρα. Adafruit Industries

10 Εξαρτήματα Υλικά Για την εφαρμογή μας, θα χρησιμοποιήσουμε τα παρακάτω εξαρτήματα. Εξάρτημα Ποσότητα Μικρός Κινητήρας 6V DC 1 L293D IC 1 10 kω μεταβλητή αντίσταση 1 Adafruit Industries

11 Διακόπτης push switch 1 Μικρή Breadboard 1 Arduino Uno R3 1 καλώδια συνδεσμολογίας 16 Adafruit Industries

12 L293D Ολοκληρωμένο κύκλωμα L293D Τo L293D είναι ένα 16pins chip και είναι μονολιθικό ολοκληρωμένο κύκλωμα, υψηλής τάσης. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιώντας αυτό το chip, μπορούν να χρησιμοποιηθούν DC κινητήρες και τροφοδοτικά μέχρι 36 Volts και παρέχει ένα μέγιστο ρεύμα 600mA ανά κανάλι. Το ολοκληρωμένο είναι σχεδιασμένο για να ελέγχει 2 DC κινητήρες. Αυτό γίνεται με τα 2 INPUT και 2 OUTPUT pins για τον κάθε κινητήρα. Εμείς σε αυτό το πείραμα χρησιμοποιούμε το μισό μέρος (αριστερά όπως το βλέπουμε) του ολοκληρωμένου. Τα περισσότερα pin του δεξιου μέρους είναι για τον δεύτερο κινητήρα. L293D chip Χαρακτηριστικά του ολοκληρωμένου L293D Αριθμός pins 16 Τάση λειτουργίας 4.5V έως 36V Μέγιστο ρεύμα ανά κανάλι 600mA Input signals (Vi) 7V Enable Voltage(Ven) 7V Interface TTL/CMOS Θερμοκρασία λειτουργίας -40 ~ 150 C Λειτουργία του L293D Για την λειτουργία του ολοκληρωμένου χρειάζεται είναι να ρυθμίσουμε σε κατάλληλα επίπεδα τους ακροδέκτες inputs του μικροελεγκτή για τον έλεγχο του κινητήρα και τα outputs σε κάθε ακροδέκτη του κινητήρα. Αξίζει να αναφερθεί, ότι υπάρχουν επίσης δύο ακίδες 1 και 9 για ενεργοποίηση (Enable) στο ολοκληρωμένο, που αντιστοιχούν στους δύο κινητήρες και θα πρέπει να είναι σε κατάσταση high για να λειτουργήσει. Όταν μια είσοδος enable είναι high το σχετικό pin ενεργοποιείται. Ως αποτέλεσμα, οι έξοδοι να καταστούν ενεργοί.

13 Ομοίως, όταν η είσοδος enable είναι low το σχετικό pin απενεργοποιείται, και το αποτέλεσμα, οι έξοδοι να καταστούν ανενεργοί Σύνδεση κινητήρων στο ολοκληρωμένο L293D Πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα το οποίο επιτρέπει την περιστροφή του κινητήρα και στις δύο κατευθύνσεις. Δηλαδή, μπορεί να προγραμματιστεί να ξεκινάει, να αντιστρέφει ή να σταματάει. ΙΝΤ1 ΙΝΤ2 Κινητήρας Περιστρέφεται σε μια κατεύθυνση 1 0 Περιστρέφεται σε αντίθετη κατεύθυνση Παρόμοιος είναι και ο πίνακας αλήθειας για ένα άλλο κινητήρα που συνδέεται με OUT3 και OUT4 στο L293D και μπορεί να ελέγχεται μέσω INT3 και ΙΝΤ4 ΙΝΤ3 ΙΝΤ4 Κινητήρας Περιστρέφεται σε μια κατεύθυνση 1 0 Περιστρέφεται σε αντίθετη κατεύθυνση

14 Εισαγωγική Εφαρμογή Πριν πάρουμε την πλακέτα του Arduino για να ελέγξουμε τον κινητήρα, θα πειραματιστούμε με το L293D motor control chip για να κατανοήσουμε την βασική αρχή λειτουργίας του. Μπορούμε να ξεκινήσουμε απλά χρησιμοποιώντας το Arduino για να παρέχει 5V στον κινητήρα. Σημείωστε προς ποια πλευρά περιστρέφεται ο κινητήρας. Μπορούμε να το κάνουμε αυτό πιάνοντας τον άξονα του κινητήρα ανάμεσα στα δάχτυλά μας. Ανταλλάξτε τους ακροδέκτες του κινητήρα ώστε ο ακροδέκτης που πήγαινε στα +5V τώρα να πηγαίνει στην γείωση και αντίστροφα. Ο κινητήρας τώρα θα περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτό μας δίνει μια ένδειξη για το πώς δουλεύει το τσιπάκι L293D. Οι ακροδέκτες ελέγχου του μας αφήνουν να κάνουμε κάτι ισοδύναμο της ανταλλαγής με τους ακροδέκτες του κινητήρα για να αντιστρέψουμε την κατεύθυνση.

15 Σύνδεστε την πλακέτα όπως φαίνεται παρακάτω. Το Αrduino είναι ακόμα απλά για την παροχή ενέργειας, αλλά μπορούμε να πειραματιστούμε με τους ακροδέκτες ελέγχου πριν χρησιμοποιήσουμε το Arduino. Οι τρεις ακροδέκτες του L293D που μας ενδιαφέρουν είναι ο ακροδέκτης 1 (Enable), ακροδέκτης 2 (In1) και ακροδέκτης 3 (In2). Αυτοί είναι συνδεδεμένοι είτε στα 5V είτε στη γείωση χρησιμοποιώντας το μωβ, κίτρινο και πορτοκαλί καλώδιο βραχυκύκλωσης. Όπως φαίνεται παραπάνω, ο κινητήρας θα πρέπει να στρέφεται προς μια κατεύθυνση, ας την ονομάσουμε κατεύθυνση Α. Αν μετακινήσουμε τον ακροδέκτη 1 (Enable) στην γείωση ο κινητήρας θα σταματήσει, ανεξάρτητα από το τι κάνουμε με τους ακροδέκτες ελέγχου In1 και In2. Το enable ανάβει και σβήνει οτιδήποτε. Αυτό γίνεται χρήσιμο όταν χρησιμοποιούμε μια έξοδο PWM για να ελέγξουμε την ταχύτητα του κινητήρα. Συνέδεουμε ξανά τον ακροδέκτη 1 στα 5V ώστε να ξεκινήσει ο κινητήρας. Τώρα ας δοκίμασουμε να μετακινήσουμε το In1 (ακροδέκτης 2, κίτρινο καλώδιο) από τα 5V στη γείωση. Αυτή τη στιγμή και το In1 και το In2 είναι συνδεδεμένα στη γείωση, έτσι πάλι ο κινητήρας θα σταματήσει. Μετακίνούμε το In2 από την γείωση στα 5V αυτό θα προκαλέσει στον κινητήρα περιστροφή προς την αντίθετη κατεύθυνση (κατεύθυνση Β). Τέλος, μετακίνηνούμε το In1 πίσω στα 5V έτσι ώστε και το In1 και το In2 να είναι στα 5V θα έχει σαν αποτέλεσμα να σταματήσει πάλι ο κινητήρας. Η επίδραση από τους ακροδέκτες In1 και In2 του κινητήρα συνοψίζονται στον πίνακα από κάτω: In1 In2 Κινητήρας GND GND Σταματάει 5V GND Γυρνάει στην κατεύθυνση A GND 5V Γυρνάει στην κατεύθυνση B 5V 5V Σταματάει

16 Συνδεσμολογία με το Arduino Τώρα αφού κάναμε τα προηγούνα χειροκίνητα ας αφήσουμε τον Arduino να ελέγξει τα pins. Enable, In1 και In2 Όταν συνδέσουμε το ολοκληρωμένο πρέπει να σιγουρευτούμε ότι έχει τοποθετηθεί σωστά (με το notch στο επάνω μέρος)

17 Πρόγραμμα Ας φορτώσουμε το παρακάτω sketch στον Arduino. /* Έλεγχος φοράς και ταχύτητας περιστροφής DC κινητήρα */ int enablepin = 11; int in1pin = 10; int in2pin = 9; int switchpin = 7; int potpin = 0; void setup() { pinmode(in1pin, OUTPUT); pinmode(in2pin, OUTPUT); pinmode(enablepin, OUTPUT); pinmode(switchpin, INPUT_PULLUP); void loop() { int speed = analogread(potpin) / 4; boolean reverse = digitalread(switchpin); setmotor(speed, reverse); void setmotor(int speed, boolean reverse) { analogwrite(enablepin, speed); digitalwrite(in1pin,! reverse); digitalwrite(in2pin, reverse);

18 Σχόλια, ανάλυση του Κώδικα /* Έλεγχος φοράς και ταχύτητας περιστροφής DC κινητήρα */ int enablepin = 11; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα enablepin και της δίνουμετην τιμή 11 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε τον ακροδέκτη 1 (enable 1) του chip 293D int in1pin = 10; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα in1pin και της δίνουμετην τιμή 10 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε τον ακροδέκτη 2 (input 1) του chip 293D int in2pin = 9; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα in2pin και της δίνουμετην τιμή 9 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε τον ακροδέκτη 7 (input 2) του chip 293D int switchpin = 7; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα switchpin και της δίνουμετην τιμή 7 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε τον ένα πόλο του διακόπτη αλλαγής φοράς περιστροφής του κινητήρα (ο άλλος πόλος θα συνδεθεί στην γείωση) int potpin = 0; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα potpin και της δίνουμε την τιμή 0 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε τον δρομέα του ποτενσιόμετρου των 10ΚΩ ώστε να ρυθμίσουμε τα 0 έως 5V στην αναλογική είσοδο Α0 προκειμένου αφού μετατραπεί σε έναν αριθμό από να ρυθμίσουμε την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα void setup() //Η συνάρτηση αρχικών ρυθμίσεων του μικροεπεξεργαστή {

19 pinmode(in1pin, OUTPUT); //Ορίζουμε χρησιμοποιώντας την μεταβλητή in1pin ότι το pin 10 θα λειτουργεί σαν ψηφιακή έξοδος 0-5V ώστε να ενεργοποιούμε-απενεργοποιούμε τον ακροδέκτη 2 (input 1) του chip 293D pinmode(in2pin, OUTPUT); //Ορίζουμε χρησιμοποιώντας την μεταβλητή in2pin ότι το pin 9 θα λειτουργεί σαν ψηφιακή έξοδος 0-5V ώστε να ενεργοποιούμε-απενεργοποιούμε τον ακροδέκτη 7 (input 2) του chip 293D pinmode(enablepin, OUTPUT); //Ορίζουμε χρησιμοποιώντας την μεταβλητή enablepin ότι το pin 11 θα λειτουργεί σαν έξοδος 0-5V με PWM μεταβλητού Duty cycle* ώστε να ενεργοποιούμε-απενεργοποιούμε τον ακροδέκτη 1 (enable 1) του chip 293D με μεταβολή 0 έως 255 pinmode(switchpin, INPUT_PULLUP); //Υπάρχουν pullup αντιστάσεις 20K ενσωματωμένες στο chip Atmega που μπορoύν να ενεργοποιηθούν από το λογισμικό. Αυτές οι ενσωματωμένες αντιστάσεις pullup ενεργοποιούνται με την ρύθμιση του pinmode () ως INPUT_PULLUP. Εδώ με τον διακόπτη πατημένο έχουμε LOW ενώ με τον διακόπτη ανοιχτό HIGH void loop() //Η κύρια ρουτίνα του προγράμματος που εκτελείται συνεχώς { int speed = analogread(potpin) / 4; //Ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου integer (ακεραίου) με όνομα speed να διαβάζει την αναλογική είσοδο διαιρώντας ταυτόχρονα δια 4 (0-1023/4=0-255) Ο συντελεστής της διαίρεσης είναι 4 γιατί ο μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό στο Α0 pin της αναλογικής εισόδου παίρνει τιμές μεταξύ 0 και 1023 και η αναλογική έξοδος στο pin 11 από 0 έως 255. boolean reverse = digitalread(switchpin); // Εάν το button είναι πατημένο, ο κινητήρας γυρίζει δεξιόστροφα, διαφορετικά αριστερόστροφα. Η τιμή της μεταβλητής 'reverse' καθορίζεται από την θέση του διακόπτη (switchpin). Έχει δύο καταστάσεις ή θα είναι low (False), ή διαφορετικά θα είναι High (True). setmotor(speed, reverse);

20 // Οι τιμές των μεταβλητών speed και reverse εισάγονται σε μια συνάρτηση που της δίνουμε το όνομα 'setmotor' έτσι ώστε να οδηγήσει τα κατάλληλα pins του driver chip ώστε να ελεγχθεί ο κινητήρας void setmotor(int speed, boolean reverse) // Η έκφραση void σημαίνει ότι η συνάρτηση δεν επιστρέφει κάποια τιμή (does not return any value). Δημιουργούμε-ορίζουμε μια συνάρτηση με int (ακέραιο μέρος) την μεταβλητή speed και Boolean (Λογικό High or Low) την μεταβλητή reverse { analogwrite(enablepin, speed); // Δημιουργία παλμών PWM στο pin 11 με τιμή speed ώστε να διαβάζει την αναλογική είσοδο διαιρώντας ταυτόχρονα δια 4 (0-1023/4=0-255) digitalwrite(in1pin,! reverse); // έχουμε με παραπάνω εντολή ορίσει το pin 10 θα λειτουργεί σαν ψηφιακή έξοδος 0-5V μεταβλητή in1pin έτσι ώστε να ενεργοποιούμε-απενεργοποιούμε τον ακροδέκτη 2 (input 1) του chip 293D (Το σύμβολο! δηλώνει λογική άρνηση NOT) digitalwrite(in2pin, reverse); // έχουμε με παραπάνω εντολή ορίσει το pin 9 θα λειτουργεί σαν ψηφιακή έξοδος 0-5V μεταβλητή in2pin έτσι ώστε να ενεργοποιούμε-απενεργοποιούμε τον ακροδέκτη 7 (input 2) του chip 293D *Duty cycle

21 Όπως εξηγήσαμε και πιο πάνω οι τιμές των μεταβλητών speed και reverse εισάγονται σε μια συνάρτηση που της δίνουμε το όνομα 'setmotor' έτσι ώστε να οδηγήσει τα κατάλληλα pins του driver chip ώστε να ελεγχθεί ο κινητήρας void setmotor(int speed, boolean reverse) { analogwrite(enablepin, speed); digitalwrite(in1pin,!reverse); digitalwrite(in2pin, reverse); Πρώτα, η ταχύτητα ρυθμίζεται, με την χρήση της analogwrite στο enable pin. Το enable pin του L293 θέτει τον κινητήρα σε κατάσταση on ή off ανάλογα με την λογική στάθμη των pins in1 and in2 του L293. Για τον έλεγχο της κατεύθυνσης του κινητήρα, τα pins in1 και in2 πρέπει να έχουν αντίθετες τιμές. Εάν το in1 είναι HIGH και το in2 είναι LOW, ο κινητήρας γυρίζει προς μία κατεύθυνση, σε αντίθετη περίπτωση σε αντίθετη κατεύθυνση. Η εντολή '!' σημαίνει 'not'. Γιαυτό η πρώτη εντολή digitalwrite για το in1 το θέτει στο αντίστροφο της λογικής τιμής του 'reverse', αν το reverse είναι HIGH γίνεται LOW και αντίστροφα. Η δεύτερη εντολή digitalwrite για το 'in2' θέτει το pin σε όποια τιμή είναι το 'reverse', αν το reverse είναι HIGH γίνεται HIGH και αντίστροφα. Αυτό σημαίνει ότι τα δύο pin θα έχουν πάντα αντίθετες λογικές τιμές. Όταν το ένα θα είναι HIGH το άλλο θα είναι LOW και αντίστροφα About the Author Simon Monk is author of a number of books relating to Open Source Hardware. The following books written by Simon are available from Adafruit: Programming Arduino ( 30 Arduino Projects for the Evil Genius ( Programming the Raspberry Pi (

22

23 3 η Εφαρμογή: Μετρητής απόστασης με απεικόνιση της ένδειξης σε display Απεικόνιση χαρακτήρων σε display LCD και ενδείξεις από μετρητή απόστασης ( distance sensor ) X. Δερμάτης Υλικά Τα υλικά που χρειάστηκαν για αυτή την εφαρμογή, είναι: -Ένα Arduino Uno -Ένα LCD -Ένας αισθητήρας απόστασης HC-SR04 -USB καλώδιο Εισαγωγή Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα βασίζεται στην εκπομπή ενός σήματος και στη λήψη της ηχούς του για τον υπολογισμό της απόστασης. Η κατασκευή συνδυάζεται με τη πλατφόρμα του arduino και με μια οθόνη LCD στην οποία θα εμφανίζεται το αποτέλεσμα. Η προς μέτρηση απόσταση μπορεί να μεταβληθεί από 2 cm έως 400 cm. Ο συγκεκριμένος αισθητήρας τροφοδοτείται από την πλακέτα του arduino με 5Volt. Να δούμε πως μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση του κάθε αντικειμένου μπροστά από τον αισθητήρα. Σε μία χρονική στιγμή t1 εκπέμπεται ένα σήμα και τη χρονική στιγμή παίρνουμε την ηχώ του. Το χρονικό διάστημα dt = t2 t1 είναι ο συνολικός χρόνος που απαιτήθηκε για να φτάσει το σήμα στο αντικείμενο και να επιστρέψει. Όμως ο ακριβής χρόνος που χρειάστηκε για να φτάσει το σήμα στο αντικείμενο είναι dt/2. Η ταχύτητα του ήχου είναι m / s και αν θέλουμε να το μετατρέψει σε εκατοστά ανά μsec το αποτέλεσμα είναι : CM / μsec. Η πραγματική απόσταση που διανύθηκε από τον ήχο ή την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου είναι: (dt / 2) * 0,034049

24 Συνδεσμολογία με το Arduino Παρακάτω βλέπουμε την συνδεσμολογία της εφαρμογής. Πρόγραμμα #include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd( 7, 6, 5, 4, 3, 2); int pingpin = 13; //ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου ακεραίου με όνομα pingpin και της δίνουμε την τιμή 13 int inpin = 12; //ορίζουμε μια μεταβλητή τύπου ακεραίου με όνομα inpin και της δίνουμε την τιμή 12 void setup() // η συνάρτηση αρχικών ρυθμίσεων του μικροεπεξεργαστή lcd.begin(16, 2); // ορίζουμε στη οθόνης LCD τον αριθμό στηλών και γραμμών void loop() η κύρια υπορουτίνα του προγράμματος που εκτελείται συνεχώς long duration, cm; // η απόσταση θα εκφραστεί σε cm pinmode(pingpin, OUTPUT);// ρυθμίζει το pin 13 ως έξοδο digitalwrite(pingpin, LOW); // ορίζουμε την ίδια έξοδο σε κατάσταση off delaymicroseconds(2); // αναμονή για 2 μsec digitalwrite(pingpin, HIGH);//ορίζουμε την ίδια έξοδο σε on κατάσταση

25 delaymicroseconds(10); // αναμονή για 10 μsec digitalwrite(pingpin, LOW); // ρυθμίζει την ίδια έξοδο σε κατάσταση off pinmode(inpin, INPUT); //ρυθμίζει το pin 12 ως είσοδο duration = pulsein(inpin, HIGH);// μετέτρεψε το χρόνο σε απόσταση cm = microsecondstocentimeters(duration); if (cm > 400) //εάν η απόσταση είναι μεγάλη (πιθανώς δεν μετρήθηκε σωστά). lcd.clear(); //το αποτέλεσμα θα απορριφθεί lcd.setcursor(0,0); lcd.print("nothing detected"); else { διαφορετικά clear lcd content // καθάρισε το περιεχόμενο του lcd lcd.clear(); lcd.setcursor(0, 0); //τοποθέτησε τον κέρσορα στη γραμμή 0 και στη στήλη 0 lcd.print("object detected "); // τύπωσε το αντικείμενο ανιχνεύεται lcd.setcursor(0, 1); // τοποθέτησε το κέρσορα στη στήλη 0 και στη γραμμή 1 lcd.print(cm); lcd.print("cm away!"); delay(500); // αναμονή για 0,5 sec long microsecondstocentimeters(long microseconds){ // Η ταχύτητα του ήχου είναι 340m/s ή 29 μικροδευτερόλεπτα ανά εκατοστό. // Το σήμα ping εκπέμπεται και επιστρέφει έτσι ώστε να υπολογιστεί η απόσταση του αντικειμένου. // Ως απόσταση παίρνουμε το μισό της απόστασης που διανύθηκε. return microseconds / 29 / 2;

26 4 η Εφαρμογή: Πινακίδα οπτικών εφφέ () Χρήση του Arduino για τον έλεγχο λειτουργίας πινακίδας LED. Πινακίδα οπτικών εφφέ N.Λεοντσίνης Χρήση του Arduino για τον έλεγχο λειτουργίας πινακίδας LED. ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ: LED, ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ, ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΜΟΝΩΤΙΚΟ ΣΠΡΕΥ, ΘΕΡΜΟΚΟΛΛΑ, ΚΟΛΛΗΣΗ, ΠΛΑΚΕΤΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ARDUINO ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΟ Συλλάβαμε την ιδέα χρησιμοποίησης του ARDUINO τη σχολ. χρονιά , όταν οι μαθητές της Β ΗΝ τάξης του ΕΠΑΛ ΚΟΡΥΔΑΛΛΟΥ, στο μάθημα του PROJECT, αποφάσισαν να κατασκευάσουν μια πινακίδα με LED η οποία στην τελική της μορφή φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Ο ARDUINO χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο ανάμματος/σβησίματος των 5 πινακίδων.

27 ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΜΕ ΤΟΝ ARDUINO Για να απλοποιήσουμε το κύκλωμα, ας δούμε το παρακάτω: Κάθε σειρά LED αντιστοιχεί σε μια από τις πέντε πινακίδες. Ουσιαστικά, η μόνη διαφορά που έχει το πραγματικό κύκλωμα της πινακίδας με το παραπάνω σχεδιάγραμμα, είναι ότι σε κάθε πινακίδα, τα LED ήταν ομαδοποιημένα ανά 10 και οι 10/δες αυτές παράλληλα συνδεδεμένες μεταξύ τους. Ίσως το κύκλωμα να είναι πιο κατανοητό αν δούμε την παρακάτω φωτογραφία.

28 Στην φωτογραφία εμφανίζονται οι 2 από τις 5 ομάδες των LED να έχουν συνδεθεί με δύο ψηφιακές εξόδους του ARDUINO. Η συνδεσμολόγηση των άλλων τριών ομάδων είναι ακριβής επανάληψη αυτών. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ARDUINO int led1 = 9; // Ορίζουμε μία μεταβλητή τύπου Integer (Ακεραίου) με όνομα led και της δίνουμε την τιμή 9 με σκοπό να την χρησιμοποιήσουμε παρακάτω στον κώδικα και να δηλώσουμε που θα συνδέσουμε το led. int led2 = 10; //ΟΜΟΙΑ ΜΕ ΠΑΡΑΠΑΝΩ int led3 = 11; // -//- int led4 = 12; // -//- int led5 = 13; // -//- // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ // ΟΡΙΖΕΙ ΠΟΙΑ PINS ΕΙΝΑΙ ΕΞΟΔΟΙ pinmode(led1, OUTPUT); //PΙΝ 9 ΕΞΟΔΟΣ pinmode(led2, OUTPUT); //PΙΝ 10 ΕΞΟΔΟΣ pinmode(led3, OUTPUT); //PΙΝ 11 ΕΞΟΔΟΣ pinmode(led4, OUTPUT); //PΙΝ 12 ΕΞΟΔΟΣ pinmode(led5, OUTPUT); //PΙΝ 13 ΕΞΟΔΟΣ // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { //ΚΥΡΙΑ ΡΟΥΤΙΝΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΠΟΥ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΕΤΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΑ int i; digitalwrite(led1, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 9 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led2, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 10 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led3, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 11 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led4, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 12 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led5, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 13 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led5, HIGH); //H ΕΞΟΔΟΣ 13 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ HIGH delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led4, HIGH); //H ΕΞΟΔΟΣ 12 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ HIGH delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led3, HIGH); //H ΕΞΟΔΟΣ 11 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ HIGH delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led2, HIGH); //H ΕΞΟΔΟΣ 10 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ HIGH delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led1, HIGH); //H ΕΞΟΔΟΣ 9 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ HIGH delay(1300); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1,3 SEC, digitalwrite(led1, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 9 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led2, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 10 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led3, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 11 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW

29 digitalwrite(led4, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 12 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW digitalwrite(led5, LOW); //H ΕΞΟΔΟΣ 13 ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ LOW delay(1000); // ΠΕΡΙΜΕΝΕ 1 SEC, for (i=0; i<5; i++) {//ΕΚΤΕΛΕΣΕ- ΕΠΑΝΕΛΑΒΕ 5 ΦΟΡΕΣ // ΑΝΑΒΕΙ ΚΑΘΕ ΦΟΡΑ 1 ΠΙΝΑΚΙΔΑ digitalwrite(led1, LOW); digitalwrite(led2, HIGH); digitalwrite(led3, LOW); digitalwrite(led4, LOW); digitalwrite(led5, LOW); delay(100); digitalwrite(led1, LOW); digitalwrite(led2, LOW); digitalwrite(led3, LOW); digitalwrite(led4, HIGH); digitalwrite(led5, LOW); delay(100); digitalwrite(led1, LOW); digitalwrite(led2, LOW); digitalwrite(led3, LOW); digitalwrite(led4, LOW); digitalwrite(led5, HIGH); delay(100); digitalwrite(led1, HIGH); digitalwrite(led2, LOW); digitalwrite(led3, LOW); digitalwrite(led4, LOW); digitalwrite(led5, LOW); delay(100); digitalwrite(led1, LOW); digitalwrite(led2, LOW); digitalwrite(led3, HIGH); digitalwrite(led4, LOW); digitalwrite(led5, LOW); delay(500); //ΑΝΑΒΟΥΝ ΟΛΕΣ ΟΙ ΠΙΝΑΚΙΔΕΣ digitalwrite(led1, HIGH); digitalwrite(led2, HIGH); digitalwrite(led3, HIGH); digitalwrite(led4, HIGH); digitalwrite(led5, HIGH); delay(1500); // Η ΡΟΥΤΙΝΑ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΡΧΗ

30 ΣΧΟΛΙΑ - ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ Όπως γίνεται κατανοητό από το πρόγραμμα, χρησιμοποιούνται 5 ψηφιακές έξοδοι του ARDUINO τα pin 9, 10, 11, 12, 13. Κάθε ψηφιακή έξοδος του ARDUINO σε κατάσταση LOW/HIGH δίνει 0V/5V, οπότε οδηγούνται τα TRA 2N2222 σε αποκοπή / κόρο παίζοντας το ρόλο του διακόπτη. Ο χρόνος κάθε φορά που η έξοδος παραμένει σε LOW ή HIGH κατάσταση καθορίζεται από την εντολή delay. Κάθε φορά που το TRA οδηγείται σε αποκοπή, τα αντίστοιχα LED που είναι συνδεμένα με το TRA σβήνουν (έξοδος ARDUINO LOW), ενώ κάθε φορά που το TRA οδηγείται σε κόρο τα αντίστοιχα LED ανάβουν (έξοδος ARDUINO HIGH). Με τη χρήση των TRA ξεπερνάμε τον περιορισμό των ψηφιακών εξόδων του ARDUINO που μπορούν να δώσουν έξοδο 5V/40-50mA. Οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούνται σε σειρά με τα LED όπως και η πηγή τροφοδοσίας των LED διαφέρουν κάθε φορά ανάλογα με το χρώμα και τη φωτεινότητα των LED που έχουμε επιλέξει.

31 5 η Εφαρμογή: Έλεγχος κινητήρα servo -Ρομποτικός Βραχίονας Έλεγχος κινητήρα servo (π.χ ενός ρομποτικού βραχίονα) χρησιμοποιώντας το λογισμικό LabView σε σειριακή επικοινωνία με το Arduino Uno Π. Πούτος Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

32 Πληροφορίες για τα servomotors και για την ασύγχρονη σειριακή επικοινωνία του Arduino Uno (Atmega 328p) στη συγκεκριμένη εφαρμογή. Α. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ DC SERVOMOTORS (μικρής ισχύος με κινητήρα μόνιμου μαγνήτη) Στις φωτογραφίες, φαίνεται το εσωτερικό ενός μικρού servo σαν εκείνα που χρησιμοποιούνται στον μοντελισμό και στην «ερασιτεχνική ρομποτική», καθώς και τα επί μέρους εξαρτήματά του. Αποτελείται από τον ηλεκτρικό κινητήρα συνεχούς ρεύματος με μόνιμο μαγνήτη στο στάτη, και τυλίγματα σε ποικίλο αριθμό πόλων. (3πολικά, 5πολικά κ.τ.λ ), τον μηχανικό μειωτήρα (γρανάζια), που μας επιτρέπει να έχουμε μεγάλη ροπή με λίγες στροφές στον άξονα του servo, ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα (servo driver) του οποίου η αρχή λειτουργίας φαίνεται κυκλωματικά παρακάτω, και ένα ποτενσιόμετρο που το στροφείο του είναι άμεσα συνδεδεμένο (μηχανικά) με τον άξονα του servo. Έχει τρία καλώδια συνδεσμολογίας, με χρωματισμούς συνήθως καφέ, κόκκινο,πορτοκαλί, ή μαύρο κόκκινο άσπρο. Το καφέ ή το μαύρο είναι η γείωση ή το -, το κόκκινο είναι το + και το πορτοκαλί ή το άσπρο είναι η τάση PWM που δέχεται. Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

33 Στα κυκλωματικά διαγράμματα φαίνεται η λειτουργία του servo driver σε συνδυασμό με το ποτενσιόμετρο του άξονα. Το servo driver αποτελείται από δύο συγκριτές τάσης, ένα μη αναστρέφοντα και ένα αναστρέφοντα, οι έξοδοι των οποίων είναι συνδεδεμένοι με τις πύλες των FET της Η γέφυρας. Στην αναστρέφουσα είσοδο του ενός και στην μη αναστρέφουσα του άλλου συγκριτή εφαρμόζεται η τάση PWM που στην ουσία είναι η μέση τιμή τάσης (DC) της παλμοσειράς PWM. Το μεσαίο ποδαράκι του ποτενσιόμετρου είναι συνδεδεμένο στις αντίστοιχες άλλες δύο εισόδους των συγκριτών. Τα δύο ακριανά ποδαράκια του ποτενσιόμετρου είναι συνδεδεμένα στην πηγή τροφοδοσίας του servo. Συνεχώς επιτελείται σύγκριση μεταξύ της PWM που στέλνουμε από το Arduino, και της τάσης από το ποτενσιόμετρο που όπως φαίνεται στα σχήματα, ορίζει τη θέση του άξονα του servo. Η περίοδος της PWM στην βιβλιοθήκη (Servo.h ) είναι 20ms, αν δεν φτάνει παλμός κάθε 20ms τότε το servo παύει να λειτουργεί και είναι «έρμαιο» στο μηχανικό φορτίο του. για τις αρχές λειτουργίας ενός servo ίσως το πιο εκπαιδευτικό video Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

34 Β. Βασικές τεχνικές ασύγχρονης σειριακής επικοινωνίας μεταξύ Arduino Uno και Η/Υ μέσα από το λογισμικό LabView Τα pins 2 (Rx) και 3 (Tx) είναι τα default pins, που επικοινωνεί σειριακά το Arduino Uno, με οποιαδήποτε συσκευή εξωτερικά, σύμφωνα με το σειριακό πρότυπο διασύνδεσης RS-232C κάνοντας χρήση και ενός pin γείωσης, όπως φαίνεται και στο παρακάτω κυκλωματικό διάγραμμα. Με προδιαγραφές : ( 8bits data, 1stop bit, parity None, baud rate από 300 μέχρι ). Τα data είναι σε ASCII κώδικα. ASCII table Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

35 Το ζητούμενο σε αυτό το project είναι: Από δύο εικονικά ποτενσιόμετρα μέσα από το περιβάλλον του LabView να ελέγχουμε (κινούμε ) δύο servo motors με ακρίβεια 1. Το interface είναι ο μ/ε atmega 328p, που προγραμματίζεται με τη πλατφόρμα Arduino. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή πρέπει να στέλνουμε από την σειριακή θύρα ενός H/Y, προς τη σειριακή θύρα του Arduino Uno, αριθμητικές ποσότητες που ουσιαστικά αντιπροσωπεύουν την γωνία περιστροφής του άξονα του servomotor. Από την σειριακή θύρα όμως του Η/Υ, στέλνονται ASCII χαρακτήρες χωρίς φυσικά αριθμητικό βάρος, και έτσι τις λαμβάνουμε και από τη σειριακή θύρα του Arduino Uno. Το πρόβλημα συνεπώς, είναι να μετατρέψουμε τους χαρακτήρες αυτούς σε αριθμητικές ποσότητες, και συγκεκριμένα σε αριθμητικό δεκαδικό ακέραιο. Το παράδειγμα που ακολουθεί είναι αντιπροσωπευτικό για την διαδικασία που χρησιμοποιείται για την σειριακή επικοινωνία μεταξύ Η/Υ ( π.χ μέσω του λογισμικού LabView) και του Arduino Uno. Έστω ότι από το «κουμπί» του ποτενσιόμετρου rotation στο frond panel του LabView στέλνουμε την τιμή 132 που αντιπροσωπεύει τις μοίρες που θέλουμε να στρέψουμε τον άξονα του servo. Ο αριθμός αυτός, σε ASCII κώδικα θα «φύγει» από τη σειριακή θύρα σαν 1 (49 dec), 3 (51 dec) και 2 (50 dec) σύμφωνα με τον πίνακα συμβόλων ASCII, τα οποία δεν είναι οι αριθμητικές ποσότητες που θέλουμε. Στην ανάγνωση ( Serial.Read) της σειριακής θύρας του Arduino, από κάθε δεκαδικό αριθμό που αντιπροσωπεύει το 1, 3, 2, αφαιρούμε το 0 (48 dec). Έτσι έχουμε =1, =3 και =2. Συνεπώς έχουμε τα δεκαδικά ψηφία που σχηματίζουν τον επιθυμητό αριθμό 132, αλλά χωρίς βάρη. Έτσι πολλαπλασιάζουμε με τα ανάλογα δεκαδικά βάρη κάθε δεκαδικό ψηφίο, 1Χ 100 = 100, 3Χ10= 30, 2Χ1=2, και τέλος αθροίζουμε =132 κι έτσι έχουμε την δεκαδική ποσότητα 132. Αυτή τη ποσότητα (ακέραια μεταβλητή: int rotation) την γράφουμε στο pin του Arduino που οδηγεί το servo. (π.χ myservo1.write(rotation). Οι δεκαδικές ποσότητες που γράφουμε στα pin του Arduino που οδηγούν τα servo, αντιπροσωπεύουν μοίρες στροφής του άξονα. Στην πραγματικότητα, στην βιβλιοθήκη που χρησιμοποιούμε ( Servo.h ), και μάλιστα με την εντολή attach.( ) έχει γίνει αντιστοίχιση (mapping) των μοιρών με την διάρκεια σε μs του ενεργού παλμού στην PWM κυματομορφή, που βγάζει το αντίστοιχο pin. Συγκεκριμένα στην default κατάσταση της attach.( ) έχουμε για 0 544μs και για 180 ή όπου αλλού τερματίζει το servo 2400μs, είναι φανερό ότι στα 928μs ο άξονας του servo θα βρίσκεται στο μέσον της διαδρομής του.( π.χ 90 ) Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

36 Οι χρόνοι των ενεργών παλμών της PWM μπορούν να αλλάξουν, αν τα χαρακτηριστικά του servo μας απαιτούν διαφορετικούς χρόνους παλμών. attach.(pin, min, max ). Βλέπε Reference Libraries Servo To Arduino Uno στην σειριακή του θύρα, λαμβάνει ή στέλνει ψηφιακά σήματα επιπέδου TTL, μέσα από το UART, ( +5 volt, 0 ) ενώ ο Η/Υ σήματα ± 12 volt ως προς τη γη ( πρότυπο σειριακής διασύνδεσης RS-232C). Για το λόγο αυτό συνδέεται στα pins Rx,Tx ένας μετατροπέας TTL σε RS-232C, το γνωστό σε όλους IC: MAX 232, που φαίνεται στο παρακάτω κυκλωματικό διάγραμμα. Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

37 Καλωδίωση στο Bread board ( κύκλωμα χωρίς τη χρήση της πλακέτας Arduino Uno) LM 78T05 3A Con D9 Male Συρμάτωση στο bread board ενός Atmega 328p με το MAX 232, για ασύγχρονη σειριακή επικοινωνία με Η/Υ. Αν χρησιμοποιηθεί αυτό το κύκλωμα τότε εννοείται ότι o μ/ε atmega 328p θα προγραμματίζεται στην πλακέτα του Arduino_Uno και θα επανατοποθετείται πάλι στο breadboard. Συνιστάται η χρήση βάσεων ZIF 28p, και στο breadboard αλλά και στην πλακέτα Arduino UNO για να γίνεται γρήγορα η αντικατάσταση, και να μην κινδυνέψουμε την καταστροφή στα ποδαράκια του IC από τις πολλές δοκιμές. Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

38 Αν κάνουμε χρήση της πλακέτας Arduino UNO η συρμάτωση φαίνεται παρακάτω. LM7805 Σε ΤΟ 220 με ψήκτρα χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των servo,γιατί το V-reg του Arduino μπορεί να δώσει μέχρι 700mA στα 5V. 10μF/25V Σημαντικό: Όταν προγραμματίζουμε το Arduino με την USB από το PC τότε θα πρέπει να βγάλουμε τα καλώδια Rx,(pin 0) και Tx (pin 1) από το bread board, γιατί θα μας δίνει σφάλμα στη φόρτωση του κώδικα. Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

39 Λίστα Εξαρτημάτων Εξάρτημα Ποσότητα. Πλακέτα Arduino Uno 1 Bread board 1 Μπαταρία 9 Volt 1 Μπαταρία 12 volt 2 Ah ή τροφοδοτικό DC 1 Analog Servo motors standard 4,8 6 volt Από 2 έως 6 Βύσμα power male 1 D9 connector 1 Ψήκτρα για ΤΟ Καλώδια συρμάτωσης Αρκετά διαφόρων χρωμάτων Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10μF/25V 1 Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1,5μF/25V 5 Πυκνωτής ΜΚΤ 100nF 1 Αντίσταση 330Ω --1/4W 1 Led 3mm 1 IC LM IC Max Καλώδιο σειριακής επικοινωνίας female female ή καλώδιο μετατροπής USB σε σειριακό 1 Καλώδιο USB για προγραμματισμό Arduino Uno 1 Λογισμικό για το Arduino έκδοση και άνω 1 Λογισμικό LabView έκδοση Σύνδεση Servo Σειριακή επικοινωνία Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

40 Δομή του προγράμματος στο περιβάλλον LabView Γωνίες περιστροφής σε μοίρες. Ποτενσιόμετρο για το Servo της αρπάγης Ορισμός COM X Ποτενσιόμετρο για το Servo περιστροφής Frond panel LabView Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

41 Ο γραφικός κώδικας στο Block diagram Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

42 Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

43 Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

44 Σημαντικό: Από τη σειριακή θύρα «φεύγουν» οι χαρακτήρες ASCII κατά σειρά: 1 ος εκατοντάδες του rotation, 2 ος δεκάδες του rotation, 3 ος μονάδες του rotation, 4 ος εκατοντάδες του gripper, 5 ος δεκάδες του gripper, 6 ος μονάδες του gripper, 7 ος χαρακτήρας a. Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

45 Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

46 Κώδικας στο Arduino με αναλυτικά σχόλια. #include <Servo.h> // εισαγωγή standard βιβλιοθήκης Servo για έλεγχο σερβοκινητήρων //Define variables ορισμός μεταβλητών που θα χρησιμοποιηθούν στο πρόγραμμα. // output servo pins // ορίζουμε τα ποδαράκια στην πλακέτα του Arduino Uno που θα // συνδέσουμε το καλώδιο του servo που θα δεχτεί την PWM τάση. (πορτοκαλί ή άσπρο). const int servo1 = 9; // εδώ συνδέουμε τα καλώδια των servomotors στα ποδαράκια 9 και 10 const int servo2 = 10; //create servo object to control a servo // ορίζουμε δύο «αντικείμενα» myservo1 και myservo2 με το χαρακτηριστικό Servo κατά απαίτηση της βιβλιοθήκης Servo.h (είναι σαν μεταβλητές με ειδικό προσδιορισμό ) Servo myservo1; Servo myservo2; int rotation = 0; // ορισμός και αρχικοποίηση της ακεραίας μεταβλητής rotation που //αντιπροσωπεύει τις μοίρες περιστροφής του άξονα του πρώτου servo int rot_h = 0; // ορισμός και αρχικοποίηση της ακεραίας μεταβλητής rot_h // ( από το rotation _hundreds ) που αντιπροσωπεύει τις εκατοντάδες int rot_d = 0; // το ίδιο για τις δεκάδες int rot_u = 0; // το ίδιο για τις μονάδες int gripper =0; // ακριβώς τα ίδια με παραπάνω για το δεύτερο servo. int grip_h =0; int grip_d =0; int grip_u =0; int rotation_read = 0; // ορισμός και αρχικοποίηση των μεταβλητών που θα χρησιμοποιηθούν // για ανάγνωση της γωνίας περιστροφής του άξονα του servo και θα σταλούν στο LabView int gripper_read = 0; char incomingchar; // ορισμός της μεταβλητής incomingchar με χαρακτηρισμό char // (χαρακτήρας) θα χρησιμοποιηθεί για τον «αναγνωριστικό» a // που στέλνεται από το LabView void setup() { // αυτός ο βρόχος void setup() {.. εκτελείται μία φορά και // συνήθως χρησιμοποιείται για αρχικοποιήσεις. // Servo myservo1.attach(servo1); // εντολή της βιβλιοθήκης Servo.h η οποία αντιστοιχεί τις // «οντότητες» myservo στα αντίστοιχα pins του Arduino myservo2.attach(servo2); //initialize Serial Serial.begin(9600); // αρχικοποίηση της σειριακής θύρας με «ρυθμό» 9600 bps delay(500); // καθυστέρηση 500msec για να σταθεροποιηθεί η αρχικοποίηση της σειριακής // κλείσιμο του βρόχου void setup() Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

47 // Ο παρακάτω βρόχος Void loop() { εκτελείται συνεχώς void loop() { while(serial.available()>7){ // βρόχος while () υπό συνθήκη,αν στον buffer εισόδου // της σειριακής έχουν φθάσει περισσότερα από 7 bytes //τότε εκτελείται. Τα 7 bytes είναι: τρία από τις //εκατοντάδες,δεκάδες, μονάδες του rotation, τρία από τα //αντίστοιχα του gripper και ο αναγνωριστικός χαρακτήρας a incomingchar = Serial.read(); // διαβάζουμε την σειριακή θύρα ( «ψάχνουμε» τον a ) if (incomingchar == 'a'){ // βρόχος if : αν έχει έρθει ο a τότε εκτελείται. rot_h = Serial.read()-'0'; // διαβάζουμε από τη σειριακή θύρα με τη σειρά τους // χαρακτήρες ASCII που έρχονται από το LabView //και ταυτόχρονα αφαιρούμε το 0 για να κάνουμε // τους χαρακτήρες αριθμητικές ποσότητες. rot_d = Serial.read()-'0'; rot_u = Serial.read()-'0'; grip_h = Serial.read()-'0'; grip_d = Serial.read()-'0'; grip_u = Serial.read()-'0'; rotation = (rot_h*100)+(rot_d*10)+(rot_u*1); // εδώ δίνουμε στους αντίστοιχους αριθμούς // δεκαδικά βάρη ώστε να αντιπροσωπεύουν // τις μοίρες περιστροφής του άξονα του servo rotation = constrain(rotation, 2, 175); gripper = (grip_h*100)+(grip_d*10)+(grip_u*1); gripper = constrain(gripper, 2, 178); // περιορισμός της τιμής rotation μεταξύ // (2,175 ) για προστασία των γραναζιών //του servo myservo1.write(rotation); myservo2.write(gripper); // εδώ γράφουμε την τιμή των μοιρών περιστροφής, στην // αντίστοιχη «οντότητα» για να παραχθεί από τη βιβλιοθήκη // Servo.h η κατάλληλη PWM που θα περιστρέψει τα servo rotation_read = myservo1.read(); // ανάγνωση του αριθμού των μοιρών περιστροφής του // κάθε σερβοκινητήρα. gripper_read = myservo2.read(); Serial.print(rotation_read); // εγγραφή της παραπάνω τιμής στην σειριακή θύρα, // (εννοείται σε χαρακτήρες ASCII) για να σταλεί στο LabView Serial.print(" "); // αναγνωριστικό διαχωρισμού μεταξύ των δύο τιμών(τρία space) Serial.print(gripper_read); Serial.flush(); // καθαρισμός του buffer της σειριακής. // κλείσιμο του βρόχου if () // κλείσιμο του βρόχου While () // κλείσιμο του βρόχου void loop() Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

48 Κώδικας στο Arduino χωρίς σχόλια. #include <Servo.h> //Define variables // output servo pins const int servo1 = 9; const int servo2 = 10; //create servo object to control a servo Servo myservo1; Servo myservo2; int rotation = 0; int rot_h = 0; int rot_d = 0; int rot_u = 0; int gripper =0; int grip_h =0; int grip_d =0; int grip_u =0; int rotation_read = 0; int gripper_read = 0; char incomingchar; void setup() // Servo myservo1.attach(servo1); myservo2.attach(servo2); //initialize Serial Serial.begin(9600); delay(500); void loop() { while(serial.available()>7){ incomingchar = Serial.read(); if (incomingchar == 'a'){ rot_h = Serial.read()-'0'; rot_d = Serial.read()-'0'; rot_u = Serial.read()-'0'; grip_h = Serial.read()-'0'; grip_d = Serial.read()-'0'; grip_u = Serial.read()-'0'; Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

49 rotation = (rot_h*100)+(rot_d*10)+(rot_u*1); rotation = constrain(rotation, 2, 175); gripper = (grip_h*100)+(grip_d*10)+(grip_u*1); gripper = constrain(gripper, 2, 178); myservo1.write(rotation); myservo2.write(gripper); rotation_read = myservo1.read(); gripper_read = myservo2.read(); Serial.print(rotation_read); Serial.print(" "); Serial.print(gripper_read); Serial.flush(); let's try it it's exciting Πέτρος Πούτος ΠΕ & ΠΕ ο ΕΠΑ.Λ Σαλαμίνας petpoutos@gmail.com

50 6 η Εφαρμογή: Έλεγχος LED Matrix με Arduino Χρήση του αναπτυξιακού συστήματος Arduino Uno για τον έλεγχο ενός LED Matrix 6X6 Π. Μπαλούρδος Υλικά Τα υλικά που χρειάστηκαν για αυτή την εφαρμογή, είναι: - Ένα Arduino Uno - 36 LED - 12 Αντιστάσεις - 6 Τρανζίστορ - USB καλώδιο LED Matrix Ένα LED Matrix αποτελείται από μεγάλο αριθμό LED και επομένως δεν είναι εφικτή η ανεξάρτητη σύνδεση κάθε LED με το κύκλωμα ελέγχου. Για να μειώσουμε τις συνδέσεις ενός LED Matrix με το κύκλωμα ελέγχου, χρησιμοποιούμε μια μέθοδο πολυπλεξίας η οποία στηρίζεται στo ότι η εικόνα παραμένει στο αισθητήριο της όρασης μετά τον εξωτερικό ερεθισμό (Μετείκασμα Persistence of Vision). Τα LED του LED Matrix συνδέονται όπως στο Σχήμα 1. Σχήμα 1 Οι κάθοδοι των LED συνδέονται μεταξύ τους ανά γραμμή, ενώ οι άνοδοι των LED συνδέονται μεταξύ τους ανά στήλη. Η μέθοδος βασίζεται στο ότι κάθε δεδομένη χρονική στιγμή μόνο μια γραμμή του Matrix είναι αναμμένη. Οι γραμμές ανάβουν διαδοχικά αρκετά γρήγορα, ώστε το μάτι μας έχει την αίσθηση ότι τα LED είναι σταθερά αναμένα. Συνεπώς για τον έλεγχο του Matrix του σχήματος 1 χρειαζόμαστε 6 καλώδια για τον έλεγχο των γραμμών και 6 καλώδια για τον έλεγχο των στηλών, ώστε για κάθε γραμμή να μπορούμε να επιλέξουμε ποια LED πρέπει να είναι αναμμένα. Συνδεσμολογία με το Arduino Οι στήλες του Matrix (άνοδοι) συνδέονται στις ψηφιακές θύρες 8 έως 13 του Arduino, μέσω αντιστάσεων, ενώ οι γραμμές του Matrix (κάθοδοι) συνδέονται στις

51 ψηφιακές θύρες 0 έως 5, μέσω απλών ηλεκτρονικών διακοπτών με τρανζίστορ (Σχήμα 2). Πρόγραμμα Σχήμα 2 // Το πρόγραμμα αυτό ελέγχει ένα LED Matrix 6X6 με τη μέθοδο της πολυπλεξίας. // Ορισμός θυρών: 0-5 είναι οι γραμμές του matrix (από πάνω προς τα κάτω) // και 8-13 είναι οι στήλες (από αριστερά προς τα δεξιά). #define row1 0 #define row2 1 #define row3 2 #define row4 3 #define row5 4 #define row6 5 #define col1 8 #define col2 9 #define col3 10 #define col4 11 #define col5 12 #define col6 13 int row_num = 0; // Η γραμμή του matrix η οποία είναι αναμμένη κάθε φορά (μέθοδος πολυπλεξίας) boolean matrix[6][6]; // Κάθε στοιχείου του πίνακα matrix αντιπροσωπεύει ένα LED (0-σβηστό, 1-αναμμένο) // Ορισμός της απεικόνισης των αριθμητικών ψηφίων 0-9 byte dig[][6] = {{28,34,34,34,34,28, {8,8,8,8,8,8, {28,34,16,8,4,62, {28,34,32,24,34,28, {24,20,18,62,16,16, {62,2,2,30,32,30,

52 {28,2,2,30,34,28, {62,32,32,16,8,8, {28,34,34,28,34,28, {28,34,34,60,32,28 ; // Ορισμός της απεικόνισης του αναμμένου και του σβηστού LED Matrix byte setmat[6] = {63,63,63,63,63,63; byte clearmat[6] = {0,0,0,0,0,0; void setup() { // Ορισμός των θυρών 0-5 και 8-13 σαν εξόδους pinmode(row1, OUTPUT); pinmode(row2, OUTPUT); pinmode(row3, OUTPUT); pinmode(row4, OUTPUT); pinmode(row5, OUTPUT); pinmode(row6, OUTPUT); pinmode(col1, OUTPUT); pinmode(col2, OUTPUT); pinmode(col3, OUTPUT); pinmode(col4, OUTPUT); pinmode(col5, OUTPUT); pinmode(col6, OUTPUT); // Καθορισμός των παραμέτρων της διακοπής χρονισμού - Timer Interrupt // Χρησιμοποιείται ο Timer1 για τη διακοπή ανά τακτά χρονικά διαστήματα cli(); // Απενεργοποίηση των διακοπών TCCR1A = 0; // Μηδενισμός όλων των flag στον καταχωρητή TCCR1A TCCR1B = 0; // Μηδενισμός όλων των flag στον καταχωρητή TCCR1B TCNT1 = 0; // Αρχική τιμή του Timer1 OCR1A = 10000; // Τιμή προς σύγκριση με την τιμή του Timer1 TCCR1B = (1 << WGM12); // Χρήση του Timer1 TCCR1B = (1 << CS10); // Όχι prescaler (16 MHz) TIMSK1 = (1 << OCIE1A); // Λειτουργία σύγκρισης sei(); // Ενεργοποίηση των διακοπών void loop() { int i; // Αναβόσβησε το Matrix 2 φορές for (i=0; i<2; i++) { setmatrix(setmat); delay(500); setmatrix(clearmat); delay(500); // Απεικόνισε τα ψηφία 0-9 for (i=0; i<10; i++) { setmatrix(dig[i]); delay(1000); // Σβήσε το Matrix setmatrix(clearmat);

53 delay(1000); // Ρουτίνα εξυπηρέτησης της διακοπής // Ενεργοποιεί τις γραμμές με τη σειρά και καθορίζει ποιες στήλες θα πρέπει να είναι αναμμένες ISR(TIMER1_COMPA_vect){ int i; digitalwrite(row_num, LOW); row_num++; if (row_num > 5) row_num = 0; for (i=0; i<6; i++) digitalwrite(i+8, matrix[row_num][i]); digitalwrite(row_num, HIGH); // Ρουτίνα αλλαγής της απεικόνισης του LED Matrix void setmatrix(byte mval[6]) { int i,j; byte mask; for(i=0; i<6; i++) { mask = B1; for (j=0; j<6; j++) { matrix[i][j] = mask & mval[i]; mask *= 2; Σχόλια - Ανάλυση του κώδικα Οι θύρες 0 έως 5 και 8 έως 13 δηλώνονται ως θύρες εξόδου. Ο πίνακας Boolean matrix[6][6] αντιπροσωπεύει κάθε ένα LED με μια Boolean τιμή. Εάν κάποιο στοιχείο αυτού του πίνακα έχει την τιμή 1, τότε το αντίστοιχο LED είναι αναμμένο. Το αντίθετο ισχύει για την τιμή 0. Ο πίνακας dig περιγράφει ανά γραμμή το πώς θα απεικονιστούν τα ψηφία 0 έως 9 (βλέπε επόμενη ενότητα). Οι πίνακες setmat και clearmat ορίζουν, ανά γραμμή, το πλήρες αναμμένο και σβηστό LED Matrix αντίστοιχα. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τον Timer 1 για να δημιουργεί διακοπές ανά τακτά χρονικά διαστήματα, ώστε να ανάβει η επόμενη γραμμή. Η ρουτίνα που επυπηρετεί τη διακοπή είναι η ISR(TIMER1_COMPA_vect). H ISR εκτός του να σβήνει την γραμμή που είναι αναμμένη για να ανάψει την επόμενη, καθορίζει και τα LED που θα πρέπει να είναι αναμμένα κάθε φορά σε κάθε γραμμή. Η ρουτίνα setmatrix αλλάζει τα δεδομένα του πίνακα matrix ανάλογα με το όρισμα που της δίνουμε (Πίνακας με 6 στοιχεία. Κάθε στοιχείο καθορίζει τις τιμές κάθε γραμμής του matrix πίνακα). Απεικόνιση στο LED Matrix Το Matrix μπορεί να απεικονίσει οτιδήποτε με μέγεθος 6X6. Στη συγκεκριμένη παρουσίαση είναι προγραμματισμένο να αναβοσβήνει 2 φορές και να απεικονίζει τα αριθμητικά ψηφία 0 έως 9 ανά 1 δευτερόλεπτο.

54 Για κάθε απεικόνιση χρησιμοποιείται ένας πίνακας με 6 στοιχεία. Κάθε στοιχείο αντιπροσωπεύει και μια γραμμή του Matrix κωδικοποιημένη έτσι ώστε κάθε LED της γραμμής να αντιπροσωπεύει ένα δυαδικό ψηφίο. Επομένως κάθε γραμμή αντιστοιχεί σε έναν αριθμό 6 bit. Μια πλήρως αναμμένη γραμμή θα έχει την τιμή 63 (πίνακας setmat), ενώ μια πλήρως σβηστή θα έχει την τιμή 0 (πίνακας clearmat). Ο υπολογισμός της απεικόνισης των αριθμητικών ψηφίων 0 έως 9 (πίνακας dig) δίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ψηφίο Κωδικοποίηση